UNIVERSIDAD SAN PEDRO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
Resistencia a la compresión del concreto f’c=210 kg/cm2
sustituyendo el agregado fino 3% y 7% con fibras de nylon
Tesis para obtener el título profesional de ingeniero civil
Autor
Yzaguirre Leocadio Gavy Madonna
Asesor
López Carranza, Rubén
Huaraz – Perú
2019
PALABRAS CLAVE
Tema Resistencia del concreto, Nylon, compresión. Especialidad Tecnología de Concreto
KEYWORDS
Topic Resistance of concrete, Nylon, compression.. Specialty Concrete technology
L Í NEA DE INVESTIGACIÓN:
Línea de investigación
área Sub área disciplina Sub líneas o campos de acción Construcción y gestión de la construcción Ingeniería y tecnología Ingeniería civil
Ingeniería civil Materiales de la construcción
Resistencia a la compresión del concreto f’c=210 kg/cm2
sustituyendo el agregado fino 3% y 7% con fibras de nylon.
Resumen
El propósito del trabajo de investigación fue determinar la resistencia a la compresión del concreto sustituyendo el 3% y 7% de agregado fino con fibras de Nylon con respecto a un concreto convencional de calidad f`c=210 kg/cm2, el estudio se realizó en la ciudad de Huaraz en el año 2019, para el cual se usó Nylon, agregados (grueso y fino) de la localidad de Huaraz-Tacllan (cantera Rolan), cemento portland tipo I, se determinaron las propiedades físicas de la fibra de nylon físicas como contenido de humedad, peso específico y porcentaje de absorción, se procedió a realizar el diseño de mezclas con el método ACI-211, luego se elaboraron las probetas para los ensayos realizados a edades de 7, 14 y 28 días.
El procedimiento experimental se inició con la preparación y muestreo de control con 9 probetas de concreto patrón con la relación a/c 0.61, y 18 probetas experimentales con 3% la relación a/c 65, 7% con la relación a/c 0.69.
Luego se realizó el ensayo a la resistencia a compresión según la NTP de acuerdo a los ensayos realizados el concreto patrón tuvo resistencias superiores a los concreto experimentales con 162.1 kg/cm2 con una resistencia de 77.2% a los 7 días de curado, mientras que con la sustitución de 3% llegó a 130.6% con una resistencia de 62.2% y con sustitución de 7% obtuvo 62.4 kg/cm2 con una resistencia de 29.7%.A los 14 días llego a una resistencia normal con 186.0 kg/cm2 una resistencia de 88.6% de la resistencia, mientras que con sustitución de 3% llego a 155.3 kg/cm2 con una resistencia de 74.0% y con sustitución de 7% obtuvo 88.5 kg/cm2 con una resistencia de 42.1%, y finalmente a los 28 días el concreto patrón está ligeramente por encima del que fue diseñado con 217.4 kg/cm2 una resistencia de 103.5% de la resistencia, mientras que con sustitución de 3% llego a 189.4 kg/cm2 con una resistencia de 90.2% y con sustitución de 7% obtuvo 123.7 kg/cm2 con una resistencia de 58.9%. La sustitución en 3% con fibras de nylon respecto al concreto patrón da mejor resultado a la resistencia a compresión a menor porcentaje de fibras mayor resistencia.
Abstract
The purpose of the research work was to determine the compressive strength of concrete by substituting 3% and 7% fine aggregate with Nylon fibers with respect to a conventional concrete of quality f`c = 210 kg / cm2, the study was carried out in the city of Huaraz in 2019, for which Nylon was used, aggregates (coarse and fine) from the town of Huaraz-Tacllan (Rolan quarry), portland type I cement, the physical properties of the nylon fiber were determined physical, moisture content, specific weight and percentage of absorption, we proceeded to design mixtures with the method ACI-211, then the test tubes were made for the tests conducted at ages of 7, 14 and 28 days.
The experimental procedure was started with the preparation and control sampling with 9 standard concrete samples with the ratio a / c 0.61, and 18 experimental samples with 3% the ratio a / c 65, 7% with the relation a / c 0.69.
Then the test to the compressive strength according to the NTP was performed according to the tests carried out the concrete pattern had higher resistance than the experimental concrete with 162.1 kg / cm2 with a resistance of 77.2% after 7 days of curing, while with the 3% substitution reached 130.6% with a resistance of 62.2% and with 7% substitution it obtained 62.4 kg / cm2 with a resistance of 29.7%. At 14 days it reached a normal resistance with 186.0 kg / cm2 a resistance of 88.6% of the resistance, while with substitution of 3% it reached 155.3 kg / cm2 with a resistance of 74.0% and with substitution of 7% it obtained 88.5 kg / cm2 with a resistance of 42.1%, and finally at 28 days the concrete pattern is slightly above what was designed with 217.4 kg / cm2 a resistance of 103.5% of the resistance, while with 3% substitution it reached 189.4 kg / cm2 with a resistance of 90.2% and with substitution of 7% obtained 123.7 kg / cm2 with a resistance of 58 .9%. The substitution in 3% with nylon fibers with respect to the concrete pattern gives better result to the resistance to compression to lower percentage of fibers greater resistance.
INDICE GENERAL
palabras claves……… i Titulo………..………... ii Resumen……….……….. iii Abstract………..……….. iv Índice………..……….. v I. INTRODUCCIÓN………....…. 1II. METODOLOGÍA DE TRABAJO………... 27
III. RESULTADOS……… 50
IV. ANALISIS Y DISCUSIÓN………... 69 V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……… VI. AGRADECIMIENTO………... VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………. VIII. APÉNDICES Y ANEXOS………..
71 74 75 78
LISTA DE TABLAS:
Tabla 1: Componentes en el agua y sus defectos……….. 16
Tabla 2: Resistencia química………. Tabla 3: Propiedades de la fibra de nylon………. 22 23 Tabla 4: Clasificación de la fibra de nylon de acuerdo a su uso... 24
Tabla 5: Variable dependiente………... 25
Tabla 6: Variable independiente……… 26
Tabla 7: Diseño de bloque de probetas………. 28
Tabla 8: Técnicas de recolección de información……….… 29
Tabla 9:Contenido de humedad de la fibra de Nylon………... 30
Tabla 10: Peso específico por desplazamiento de la fibra de Nylon………. 31
Tabla 11: Porcentaje de absorción de la fibra de Nylon……… 31
Tabla 12: Ensayo contenido de humedad agregado fino………... 32
Tabla 13: Ensayo contenido de humedad agregado grueso……….. 32
Tabla 14: Ensayo granulometría del agregado fino……….. 33
Tabla 15: Ensayo granulometría del agregado grueso……….. 35
Tabla 16: Ensayo del peso unitario suelto y compactado del fino……… 37
Tabla 17: Ensayo del peso unitario suelto y compactado del grueso……… 37
Tabla 18: Ensayo del peso específico y absorción agregado fino………. 38
Tabla 19: Ensayo del peso específico y absorción agregado grueso………. 39
Tabla 20: Características de los agregados……… 40
Tabla 21: Asentamientos recomendados para diversos tipos de estructura…….. 41
Tabla 22: Volumen unitario de agua………. 41
Tabla 23: Contenido de aire atrapado……… 42
Tabla 24: Relación agua/ cemento por resistencia……… 43
Tabla 25: Peso del agregado por unidad de volumen del concreto……….. 44
Tabla 26: Diseño en estado seco………... 45
Tabla 27: Corrección por humedad…...……… 45
Tabla 28: Calculo de agua efectiva………... 46
Tabla 30: Cantidad de agregado fino para una probeta de concreto patrón…….. 47
Tabla 31: Sustitución de 3% de fibra de nylon en la mezcla por probeta………. 47
Tabla 32: Sustitución de 7% de fibra de nylon en la mezcla por probeta………. 47
Tabla 33: Características físicas de la fibra Nylon……… 50
Tabla 34: Análisis de pH de las muestras………. 50
Tabla 35: Características de los agregados………... 49
Tabla 36: Proporción de los materiales………. 51
Tabla 37: Proporcionamiento de material para un concreto patrón…………..… 52
Tabla 38: Proporción de los materiales para 3% de Nylon………... Tabla 39: proporcionamiento para una probeta con 3% de fibras de Nylon……. 54 54 Tabla 40: Proporción de materiales para 7% de Nylon………. 55
Tabla 41: Proporcionamiento para una probeta con 7% de Nylon………... Tabla 42: proporcionamiento para 9 probetas patrón y 18 probetas experimentales……….. 56 56 Tabla 43: Relación agua cemento de concreto patrón vs experimental………… 57
Tabla 44:Consistencia del concreto patrón y experimental……….. 58
Tabla 45:Resultados del ensayo a la compresión del concreto patrón a 7, 14 y 28 días de curado………... 59
Tabla 46: Resultados del ensayo a compresión del concreto experimental con 3% de sustitución de fibras de Nylon a 7, 14 y 28 días de curado……… Tabla 47: Resultados del ensayo a compresión del concreto experimental con 7% de sustitución de fibras de Nylon a 7, 14 y 28 días de curado…... Tabla 48: Resumen de la resistencia a compresión del concreto patrón y experimentales con sustitución a 3% Y 7% de fibras………... Tabla 49: Resumen de los porcentajes de la resistencia a compresión del concreto patrón y experimentales con sustitución a 3% Y 7% de fibras……….. Tabla 50: Análisis de varianza ANOVA……….….
61 63 66 67 68
Lista de figuras:
Figura 1: Moldes cilíndricos……… 4
Figura 2: Resistencia a compresión……….……… 5
Figura 3: Agregados……… 13
Figura 4: Tamices para ensayo granulométrico………... 15
Figura 5: Fibras de Nylon………... Figura 6:Análisis granulométrico del agregado fino………..…… Figura 7: Análisis granulométrico del agregado grueso……….. 19 34 35 Figura 8:fallas en los cilindros de concreto………... Figura 9: comparación de la relación a/c del concreto f’c= 210 kg/cm2 patrón vs experimentales….……… 49 57 Figura 10:comparación del asentamiento de la mezcla de concreto f’c= 210 kg/cm2 patrón vs experimental………... 57
Figura 11: Resistencia a la compresión del concreto patrón a los 7, 14,28 días……….. 60
Figura 12: Resistencia a la compresión de la sustitución de 3% de fibras de nylon a los 7, 14, 28………. 62 Figura 13: Resistencia a la compresión de la sustitución de 7% de fibras de nylon a los 7, 14, 28 días………. Figura 14: evolución de la resistencia a la compresión según los días de curado de concreto patrón y experimental………... Figura 15: comparación de la resistencia a la compresión de los experimentales a 7, 14 y 28 días de curado………. Figura 16: comparación general de esfuerzos promedios de la resistencia a compresión del concreto patrón y experimentales a los 7, 14 y 28 días de curado……….. Figura 17: comparación general de los promedios del porcentaje de la resistencia a compresión del concreto patrón y experimentales a los 7, 14 y 28 días de curado.……… 64 65 65 66 67
I.
INTRODUCCIÓN
De los antecedentes se han tomado en cuenta algunos de los importantes para realizar la presente investigación, según Quispe y Huamán (2017), en su tesis titulada “análisis de la consistencia, resistencia a compresión y tracción del concreto adicionando fibras de nylon con agregados de la región cusco” realizada en la universidad andina del cusco-Perú tuvo como objetivo general “analizar como varia la consistencia, resistencia a la compresión y la resistencia a tracción del concreto adicionando fibras de Nylon Nº 18 a diferentes porcentajes y longitudes con respecto a un concreto patrón de calidad f`c=210 kg/cm2, utilizando Cemento Portland tipo IP y agregados de las canteras Vicho, Mina Roja y Cunyac de la Región Cusco” concluyendo que a los 7 días, con 3cm y 5cm de la fibra de Nylon sustituida a los porcentajes de 0.25%,0.50% y 1.00%, el concreto endurecido no tuvo incremento en la resistencia a compresión, en cuanto a la resistencia a tracción cuando se sustituye las proporciones de 0.25%, 0.50% y 1.00% con 3cm aumenta a (22.36 kg/cm2), (22.36 kg/cm2), (22.36 kg/cm2) respectivamente con respecto al concreto patrón (20.81 kg/cm2).A los 28 días se pudo observar que al sustituir la proporción de 0.25% con 3cm incrementa la resistencia a compresión en 1.01% (275.92 kg/cm2) con respecto al concreto patrón (273.16 kg/cm2) y en caso de un concreto endurecido sometido a tracción se observó un incremento al sustituir la proporción de 1.00% con 3cm de 1.71% (25.19 kg/cm2) con respecto al concreto patrón (24.77 kg/cm2).
López (2014), en su tesis titulada “propiedades mecánicas del concreto modificado a base de fibras de nylon y polipropileno para su uso en elementos estructurales” realizada en la Universidad De San Carlos De Guatemala tuvo como objetivo general “determinar si las fibras sintéticas proveen de mejores propiedades mecánicas a las mezclas de concreto para su uso en elementos estructurales” concluyendo que las fibras sintéticas aportan a las mezclas de concreto mayor resistencia cuando trabaja a tensión indirecta y flexión, y la resistencia aumenta más cuando se adiciona más fibras, caso contrario a lo que sucede acompresión.
Las fibras sintéticas aportan un control sobre la fisuración y el agrietamiento del concreto, esto es debido a que las fibras se encuentran distribuidas
uniformemente en todas las direcciones, generando así un refuerzo secundario tridimensional, muy efectivo para el control de las grietas.
Villanueva (2016), en su tesis “influencia de la fibra de coco en la resistencia del concreto” concluyó que al adicionar fibra de coco en 0.50%, 1.00%, 1.50% y 2.00% a las probetas de concreto, los valores de resistencia a compresión en porcentaje a los 28 días de edad son de 95.60%, 98.39%, 76.37% y 65. 73%, reportándose así una disminución en la resistencia al adicionarle fibra de coco, en cambio al utilizar los mismos porcentajes en los especímenes de concreto los valores obtenidos en porcentaje a los 28 días de edad son de 127.53%, 129.85%, 132.84% y 140. 88% aumentando así la resistencia a la flexión en un 30%.
La investigación se fundamenta en la teoría de la tecnología del concreto, en los principios básicos de la resistencia de materiales, así como en los estudios científicos recientes realizados sobre la resistencia del concreto fc = 210kg/cm2 elaborado con la sustitución del agregado fino por Nylon.
Justificación de la investigación
No existen suficientes estudios sobre la sustitución de la fibra de nylon en concretos tradicionales en el ámbito Huaracino, es por ello esta investigación servirá a futuras investigaciones para mejorar la resistencia de concreto, además de obtener concretos más resistentes se innovará en la tecnología del concreto usados en la construcción y así contribuir con diseños que mejoren la resistencia, se busca diseñar concretos, resistentes y durables, por lo cual se realizará el estudio de probetas y especímenes de concreto usando fibras de Nylon.
Al usar el Nylon se podrá reducir las fisuras que se ve actualmente en las estructuras de concreto se espera que la fibra planteada tenga una mayor adherencia entre los agregados del concreto.
Planteamiento del problema
Actualmente se usan fibras de varios tamaños y formas fabricados de materiales naturales, como son el acero, plástico, vidrio; sin embargo, para la
mayoría de los objetivos estructurales y no estructurales, la fibra de acero es la más comúnmente usada de todas.
Debido a que las fibras de asbesto fueron relacionadas con el cáncer al pulmón se buscó otras alternativas que le dieran al concreto las mismas propiedades que le daba el asbesto así como también buena calidad a buen precio.
Por ello es innovador realizar una investigación de las propiedades del Nylon y la sustitución de la misma en la mezcla de concreto, además verificar si la nueva mezcla es beneficiosa.
Estas fibras, proporcionan una significativa mejora ante determinadas propiedades como por ejemplo reducen la formación de grietas por contracción plásticas en el concreto, aumenta la durabilidad y resistencia reduce la permeabilidad, mejora la resistencia al impacto, agrietamiento y abrasión.
Por lo expuesto nos planteamos el siguiente problema de investigación:
¿Cuál será la resistencia a la compresión del concreto f´c = 210kg/cm2 sustituyendo al agregado fino a 3% y 7% por fibras de Nylon con respecto a un concreto convencional?
Conceptualización
Resistencia a la compresión
La característica más resaltante del concreto en su alta capacidad de resistencia a la compresión, siendo también el factor que se emplea frecuentemente para definir su calidad, la cual puede determinarse mediante el ensayo de laboratorio establecido en la norma técnica peruana, provocando la falla de un cilindro Standard de 12 pulgadas de alto por 6 pulgadas de diámetro, luego de permanecer sumergido en agua durante 28 días, y posteriormente ser sometido a fuerzas de compresión axial en una maquina universal. (Belito Huamani & Paucar Chanca, 2016)
El valor de la resistencia obtenido en el ensayo no es absoluto, puesto que depende de las condiciones en que ha sido realizado. Entre las condiciones en que se realiza el ensayo, las de mayor influencia son analizadas a continuación:
Forma y dimensiones de la probeta: Las probetas empleadas normalmente para determinar la resistencia a la compresión son de forma cilíndrica. De las primeras, se emplean de preferencia las de 6 pulgadas de diámetro y 12 pulgadas. De altura.(Belito Huamani & Paucar Chanca, 2016)
Condiciones de ejecución del ensayo:
Velocidad de aplicación de la carga de Ensayo.
Estado de las superficies de aplicación de la carga.
Centrado de la carga de ensayo.
Características de los agregados.
Tipo de cemento.
Relación agua / cemento.
Edad de los agregados.
Condiciones ambientales.
Temperatura, humedad. Ensayo de cilindros
El ensayo más universalmente reconocido para ejecutar pruebas de resistencia mecánica a la compresión simple es el ensayo de probetas cilíndricas, las cuales se funde en moldes especiales de acero fundido que tienen 150mm de diámetro por 300mm de altura. (Sánchez de Guzmán, 2001).
Figura 1. Moldes cilíndricos Fuente: elaboración propia
El método de ensayo consiste en aplicar una carga axial en compresión a los moldes cilíndricos en una velocidad tal que este dentro del rango especificado antes que la falla ocurra. El esfuerzo a la compresión de la muestra está calculado por el cociente de la máxima carga obtenida durante el ensayo entre el área de la sección transversal de la muestra. (Quispe y Huamán, 2017).
La resistencia a la compresión de la probeta se calcula con la siguiente formula:
Dónde:
F`c = Es la resistencia a la compresión, en kg/cm2. P = La carga máxima de rotura en kilogramos.
D = Es el diámetro de la probeta cilíndrica, en centímetros.
Figura 2. Resistencia a la compresión Fuente: elaboración propia
Factores que influyen en la resistencia del concreto a) Contenido cemento
El cemento es un material más activo de la mezcla de concreto, por tanto sus características y sobre todo su contenido dentro de la mezcla tienen una gran influencia en la resistencia de concreto a cualquier edad. A mayor contenido de
cemento se puede obtener una mayor resistencia y a menor contenido la resistencia va a ser menor. (Osorio, 2013)
b)La relación agua-cemento(a/c):
Es el factor principal que influye en la resistencia del concreto. La relación a/c, afecta la resistencia a la compresión de los concretos con o sin aire incluido. La resistencia en ambos casos disminuye con el aumento de a/c. (Boulangger, Chinga y Rumiche, 2015).
c) Influencia de los agregados
La distribución granulométrica juega un papel importante en la resistencia del concreto, ya que si esta continua permite la máxima capacidad del concreto en estado fresco y una mayor densidad en estado endurecido, lo que se reduce en una mayor resistencia. (Osorio, 2013)
La forma y textura de los agregados también influyen. Agregados de forma cubica y rigurosa permiten mayor adherencia de la interface matriz agregado respecto de los agregados redondeados y lisos, aumentando la resistencia del concreto. Sin embargo este efecto se compensa debido a que los primero requieren mayor contenido de agua que los segundos para obtener la misma manejabilidad. La resistencia y rigidez de las partículas del agregado también influyen en la resistencia del concreto. (Osorio, 2013)
d)Tamaño máximo del agregado grueso
Otro factor de los agregados que tiene mucha relevancia en la resistencia del concreto es su tamaño máximo, debido a que la cantidad de cemento requerida para producir una resistencia a la compresión máxima, a una edad dada, con un determinado agregado, varía según el tamaño máximo del agregado grueso de la mezcla.
En términos generales, al utilizar tamaños mayores se reduce el área superficial y los vacíos en el agregado grueso.(Sánchez de Guzmán, 2001).
e) Fraguado del concreto
Otro factor que afecta la resistencia del concreto es la velocidad de endurecimiento que presenta la mezcla al pasar del estado plástico al estado endurecido, es decir el tiempo de fraguado. Por tanto es muy importante su determinación. (Osorio, 2013).
f) Edad del concreto
Entre los factores externos que afectan la resistencia de un concreto se encuentra, en primer lugar, la edad, debido a que la relación que hay entre la relación agua-cemento y la resistencia del concreto se aplica únicamente a un tipo de cemento y una sola edad. (Sánchez de Guzmán, 2001).
g) Curado del concreto:
El curado del concreto es el proceso mediante el cual se controla la perdida de agua de la masa de concreto por defecto de la temperatura, sol, viento, humedad relativa, para garantizar la completa hidratación de los granos de cemento y por tanto garantizar la resistencia final del concreto. El objeto del curado es mantener tan saturado como sea posible el concreto para permitir la total hidratación del cemento; pues si está o se completa la resistencia final del concreto se disminuirá. (Osorio, 2013).
h)La temperatura
Es otro de los factores externos que afecta la resistencia del concreto, y su incidencia es la siguiente:
Durante el proceso de curado, temperaturas más altas aceleran las reacciones químicas de la hidratación aumentando la resistencia del concreto a edades tempranas, sin producir efectos negativos en la resistencia posterior.
Temperaturas muy altas durante los procesos de colocación y fraguado del concreto incrementan la resistencia a muy temprana edad pero afectan negativamente la resistencia a edades posteriores, especialmente después de los 7 días, debido a que
se da una hidratación superficial de los granos de cemento que producen una estructura físicamente más pobre y porosa. (Osorio, 2013).
Concreto
El concreto (hormigón) es un material que se obtiene de una mezcla de componentes: conglomerante (cemento), agregados (arena y piedra), agua y, de manera opcional, aditivos. La pasta, compuesta por cemento portland y agua, une los agregados, normalmente arena y grava (piedra triturada), lo cual crea una masa similar a una roca. (Guevara et al., 2011).
Propiedades del concreto
Propiedades del concreto fresco a) Trabajabilidad o manejabilidad
Es el trabajo interno utilizado en vencer la fricción interna o componentes del concreto para conseguir una compactación adecuada, es decir, la capacidad que tiene el concreto para ser colocado y compactado apropiadamente sin producir deficiencias de sus propiedades en estado fresco. (Reyes y Rodríguez, 2010).
b) Ensayo de asentamiento
Este ensayo es el más utilizado para medir la manejabilidad del concreto fresco durante la realización de los especímenes testigo, ya que es muy sencillo de realizar y ayuda a controlar el asentamiento y trabajabilidad de la mezcla a realizar con respecto a lo estipulado en el diseño de mezcla. (Reyes y Rodríguez, 2010). c) Segregación
Las diferencia de densidades entre los componentes del concreto provocan una tendencia natural a que las partículas más pesadas desciendan, pero en general, la densidad de la pasta con los agregados finos es sólo un 20% menor que la de los gruesos (para agregados normales) lo cual sumado a su viscosidad produce que el agregado grueso quede suspendido e inmerso en la matriz.
Cuando la viscosidad del mortero se reduce por insuficiente concentración la pasta, mala distribución de las partículas o granulometría deficiente, las partículas gruesas se separan del mortero y se produce lo que se conoce como segregación. En los concretos con contenidos de piedra > del 55% en peso con respecto al peso total de agregados, es frecuente confundir la segregación con la apariencia normal de estos concretos, lo cual es muy simple de verificar obteniendo dos muestras de concreto fresco de sitios diferentes y comparar el contenido de gruesos por lavado, que no deben diferir en más de 6%.(Civilgeeks, 2011).
d) Exudación o sangrado
Es un tipo de segregación donde el agua de la mezcla tiende a elevarse a la superficie de una mezcla de concreto fresco. Este fenómeno es normal en tasas bajas, ya que al ser alta produce debilitamiento en la parte superior del concreto, mayor porosidad, fisuras de retracción, menor resistencia a la abrasión y al ataque de agentes agresivos del ambiente, y como consecuencia genera una disminución en la resistencia de la mezcla. (Reyes y Rodríguez, 2010).
e) Masa unitaria
Consiste en llenar tres capas de igual altura las cuales se compactan con una varilla compactadora 25 veces cada una de éstas y a la vez se vibra entre 10 a 15 veces con un martillo de goma para eliminar al máximo las burbujas atrapadas de aire. (Reyes y Rodríguez, 2010).
f) Contenido de aire
El aire es atrapado de manera natural durante el proceso de mezclado y en algunos casos el contenido de aire aumenta en consecuencia de una mala colocación o compactación. El alto grado de vacíos puede ocasionar en las mezclas de concreto una reducción en su resistencia, secciones efectivas de los elementos y mal aspecto visual término arquitectónico. (Reyes y Rodríguez, 2010).
g) Contenido de agua y de cemento
Esta propiedad es determinante para el desempeño del concreto, ya que cuando el concreto está en estado endurecido y presenta variaciones desfavorables en sus propiedades, estas se deban principalmente a un cambio en el contenido de agua, por ello, es importante asegurar la cantidad estipulada en el diseño de mezcla. (Reyes y Rodríguez, 2010).
h) Contenido de agua y de cemento
Esta propiedad es determinante para el desempeño del concreto, ya que cuando el concreto está en estado endurecido y presenta variaciones desfavorables en sus propiedades, estas se deban principalmente a un cambio en el contenido de agua, por ello, es importante asegurar la cantidad estipulada en el diseño de mezcla. (Reyes y Rodríguez, 2010)
Propiedades del concreto Endurecido a) Elasticidad
El concreto no es un material completamente elástico y la relación esfuerzo deformación para una carga en constante incremento adopta generalmente la forma de una curva. Generalmente se conoce como Modulo de Elasticidad a la relación del esfuerzo a la deformación medida en el punto donde la línea se aparta de la recta y comienza a ser curva. (Rivva López, 2010).
b)Resistencia
Depende principalmente de la concentración de la pasta de cemento, que se acostumbra expresar en términos de la relación Agua/Cemento en peso. La afectan además los mismos factores que influyen en las características de la pasta, como son la temperatura y el tiempo, aunados a otros elementos adicionales constituidos por el tipo y características resistentes del cemento en particular que se use y de la calidad de los agregados, que completan la estructura del concreto. (Pasquel Carbajal, 1998).
d) Resistencia a la tracción
Esta propiedad no se tiene en cuenta en la mayoría de los casos de estructuras normales, ya que la tracción es una propiedad donde el concreto tiene una resistencia bastante débil. Esta tiene que ver con el agrietamiento a causa de la contracción inducida por el fraguado o por cambios de temperatura que generan esfuerzos internos de tracción. (Reyes y Rodríguez, 2010).
e) Resistencia a la flexión
Este factor es importante en estructuras de concreto simple, donde estos elementos sometidos a flexión tienen una zona sometida a compresión y otra región donde predomina el esfuerzo a tracción. Este se refiere al módulo de rotura, donde se realizan ensayos en vigas de concreto para determinar el mayor esfuerzo a flexión. (Reyes y Rodríguez, 2010).
Componentes del concreto
La Tecnología del concreto moderna define para este material cuatro componentes: Cemento, agua, agregados y aditivos como elementos activos y el aire como elemento pasivo. (Pasquel Carbajal, 1998-1999).
Proporciones típicas en volumen absoluto de los componentes del concreto
Aire = 1 % a 3 %
Cemento = 7 % a 15 %
Agua = 15 % a 22 %
Agregados = 60 % a 75 % a) El cemento
Es un material con propiedades adhesivas y cohesivas, las cuales dan la capacidad de aglutinar otros materiales para formar un todo, sólido y compacto.
El cemento se obtiene a partir de la mezcla de materiales calcáreos y arcillosos, así como de otros que contengan sílice, aluminio y óxido de fierro. Es un
mineral finamente molido, usualmente de color grisáceo extraído de rocas calizas, que se tritura hasta convertirse en polvo y ser mezclado con agua, tiene la propiedad de endurecer. (Villanueva, 2016).
Tipos de cementos:
Tipo I: De uso general, donde no se requieren propiedades especiales. (Pasquel Carbajal, 1998-1999).
Tipo II: De moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor de hidratación. Para emplearse en estructuras con ambientes agresivos y/o en vaciados masivos. (Pasquel Carbajal, 1998-1999).
Tipo III: Desarrollo rápido de resistencia con elevado calor de hidratación. Para uso en clima frio o en los casos en que se necesita adelantar la puesta en servicio de las estructuras. (Pasquel Carbajal, 1998-1999). Tipo IV: es el cemento del cual se requiere bajo calor de hidratación (Abanto, 2009).
Tipo V: es el cemento del cual se requiere alta resistencia a la acción de los sulfatos. Las aplicaciones típicas comprenden las estructuras hidráulicas expuestas a aguas con alto contenido de álcalis y estructuras expuestas al agua de mar (Abanto, 2009).
b)Agregados
Los agregados utilizados para la investigación son de procedencia de la cantera de Tacllan (Chancadora Rolan de la cuenca del rio santa), los agregados son obtenidos mediante un proceso de chancado, zarandeo tamizado y lavados obteniendo así un producto libre de contaminación y cumpliendo las especificaciones de las Normas ASTM y NTP.
Definición:
Llamados también áridos, son materiales inertes que se combinan con los aglomerantes (cemento, cal, etc.) y el agua formando los concretos y morteros. La importancia de los agregados radica en que constituyen alrededor del 75% en volumen, de una mezcla típica de concreto. (Abanto, 2009).
Figura 3. Agregados Fuente: elaboración propia
Clasificación:
Existen varias formas de clasificar a los agregados, algunas de los cuales son: a) Agregados naturales.
Rivera, (2002) indica que son aquellos procedentes de la explotación de fuentes naturales toles como: depósito de arrastres fluviales (arenas y gravas de rio) o glaciares (cantos rodados) y de canteras de diversas rocas y piedras naturales.
agregado fino (Arena fina , arena gruesa)
Se define como agregado fino a aquel proveniente de la desintegración natural o artificial, el cual pasa el Tamiz 9.5 mm (3/8”) y queda retenido en el tamiz normalizado de 74 μm (N° 200 ); deberá cumplir con los límites establecidos en las Normas (NTP 400.037, 2014)
El agregado consiste de arena natural o manufacturada, o una combinación de ellas. La NTP 400.037, (2014) indica que el agregado fino no tendrá más de un 45 % entre las dos mallas consecutivas, y el módulo de fineza deberá estar entre 2,3 y 3.1.
agregado grueso ( grava, piedra)
La NTP 400.037, (2014) define como agregado grueso al material retenido en el tamiz 4.75 mm (N° 4) proveniente de la desintegración natural o mecánica de las rocas y que cumple los límites establecidos en la presente norma.
El agregado grueso puede ser grava, piedra chancada, concreto, o la combinación de ellos, conforme a los requisitos de la NTP 400.037.
Granulometría de los agregados
Este método de ensayo se utiliza para determinar la distribución por tamaño del as partículas de los áridos finos y agregados gruesos mediante el uso de tamices. (Norma ASTM C 136).
La granulometría y el tamaño máximo de agregado afectan las proporciones relativas de los agregados así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción y durabilidad del concreto.
Figura 4: Tamices para ensayo granulométrico Fuente: elaboración propia.
Agua
Este es el ingrediente básico para la elaboración del mortero y el concreto. Su importancia parte de que se usa para el lavado de agregados, la preparación de la mezcla y para el proceso de curado, es importante su calidad química y física. Para cada cuantía de cemento existe una cantidad de agua del total de la agregada que se requiere para la hidratación del cemento. A esto se refiere la relación agua/cemento acorde con las necesidades de trabajabilidad y resistencia. (Cañon y Aldana, 2016).
A continuación en la tabla 1 se sintetiza el efecto de los diferentes componentes del agua en las propiedades del concreto.
Tabla 1:
Componentes en el agua y sus defectos
COMPONENTES DEL AGUA DE MEZCLA EFECTOS
Impurezas sólidas (arcillas o partículas finas de otros minerales) en
concentraciones > 2000 ppm
Pueden afectar el tiempo de fraguado y la resistencia
Impurezas orgánicas (aguas negras, verde, café)
Pueden afectar considerablemente el tiempo de fraguado y la resistencia Impurezas orgánicas (aguas negras, verde,
café)
Corrosión del acero de refuerzo. Eflorescencias y humedad en
superficies expuestas al aire y al agua Carbonato de sodio Fraguados muy rápidos Puede reducir
la resistencia
Bicarbonatos Pueden acelerar o retardar el fraguado
Pueden reducir la resistencia
Sulfatos Posibles reacciones expansivas y
deterioros por reacción Sales de estaño, zinc, cobre, plomo y
Magnes
Pueden provocar reducción
considerable de resistencia y también grandes variaciones en el tiempo de fraguado
Yodato de sodio, fosfato de sodio, arsenato de sodio y borato de sodio
Sales especialmente retardantes
Aguas ácidas de minas (ácidos clorhídrico, sulfúrico y otros en concentraciones mayores a 10000 ppm)
Pueden ocasionar problemas de manejo
Aguas alcalinas Hidróxido de sodio o de Potasio
Puede reducir la resistencia Fuente: Silva Santisteban (2009)
Agua de mezcla
El agua de mezcla cumple con dos funciones muy importantes, permitir la hidratación del cemento y hacer la mezcla manejable. La cantidad de agua que
requiere el cemento para su hidratación se encuentra alrededor del 25% al 30 % de la maza del cemento, pero con esta cantidad la mezcla no es manejable, para que la mezcla empiece a dejarse trabajar, se requiere como mínimo una cantidad de agua del orden del 40% de la masa del cemento (Rivera, 2002).
Consideraciones de agua de mezcla.
Según Galicia y Velásquez, (2016) se debe tener las siguientes consideraciones:
El agua no debe contener sustancias en suspensión o disueltas que alteren el fraguado del cemento.
Las aguas muy puras (lluvia) son acidas si el PH < 7.
El agua potable es incolora, inodora, insípida, fresca y no contiene materia orgánica.
Los mayores problemas del concreto provenientes del agua están relacionados con la cantidad y no con calidad.
Cuando se sospecha de la calidad del agua lo mejor es hacer ensayos comparativos de cementación, resistencia mecánica y estabilidad del volumen.
Diseño de mezclas
El diseño determina las proporciones de los componentes de una mezcla de concreto para ciertas características deseadas. Esté cálculo es estimado, ya que se puede refinar y ajustar en el laboratorio según los primeros resultados. Para la presente tesis se empleó el método de ACI.
Antes de dosificar una mezcla se debe tener conocimiento de la siguiente información:
Los materiales
El elemento a vaciar, tamaño y forma de las estructuras
Condiciones ambientales durante el vaciado
Condiciones a la que estará expuesta la estructura.
Objetivos del diseño de mezclas
Los objetivos del diseño de mezclas de concreto es determinar la combinación más practica (factible de realizar), economía, satisfacción de requerimientos según condiciones de uso en los sistemas constructivos, para hacer edificaciones durables, y lograr eficiencia en los procesos constructivos tanto en la obra como en la planta. (Galicia y Velásquez, 2016).
Es un proceso que consistente en calcular las proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener mejores resultados.
El método más utilizado es el propuesto por el ACI. Es el método más utilizado existen variedades de métodos, los cuales no son muy utilizados es así que solo desarrollaremos en método ACI. (Quispe y Huamán, 2017).
Método de diseño A.C.I
Este procedimiento considera pasos para el proporcionamiento de mezclas de concreto normal, incluidos el ajuste por humedad de los agregados y la corrección a la mezclas de prueba. . (Galicia y Velásquez, 2016).
El método de American Concrete Instituto se basa en tablas empíricas mediante las cuales se determinan las condiciones de partida y la dosificación. (Rivva, 2000).
Secuencia de diseño de mezcla:
a) Selección de la resistencia requerida (f’cr) b) Selección del TMN del agregado grueso. c) Selección del asentamiento
e) Seleccionar el contenido de agua
f) Selección de la relación agua/cemento sea por resistencia a compresión o por durabilidad.
g) Cálculo del contenido de cemento (e)/(f)
h) Seleccionar el peso del agregado grueso, proporciona el valor de b/bo, donde bo y b son los pesos unitarios secos con y sin compactar respectivamente del agregado grueso).
i) Calcular la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el agregado fino.
j) Cálculo del volumen del agregado fino.
k) Cálculo del peso en estado seco del agregado fino. l) Presentación del diseño en estado seco.
m) Corrección del diseño por el aporte de humedad de los agregados.
n) Presentación del diseño en estado húmedo. Fibra de Nylon
El nylon es una fibra manufacturada constituida por la repetición de unidades con uniones de tipo amida entre ellos. Las sustancias que se encuentran formando parte del nylon, son poliamidas de tipo sintéticas con cadena larga, las cuales poseen grupos amida (-CONH-), como parte principal de la cadena polimérica.
Figura 5. Fibras de Nylon Fuente: Elaboración propia
El concreto por naturaleza se agrieta cuando se endurece y se refuerza con fibras, lo cual no es un proceso nuevo en la construcción. La práctica para agregar fibras para concreto, mortero y otros cementos compuestos para anular grietas, empezó hace miles de años, hay evidencias de estas fibras, humanas y animales, y otras fibras naturales que han sido utilizadas en materiales en la lejana Grecia, en el Imperio Romano y en cada dinastía del antiguoEgipto. (López, 2014).
Características
El uso de fibras sintéticas (artificiales) para el armado del hormigón fue originalmente desarrollado por el cuerpo de ingenieros del ejército de los EE.UU, en su búsqueda de realizar bunkers y silos de mísiles de alta resistencia al impacto. El cuerpo de ingenieros realizó experimentos con numerosos tipos de fibras sintéticas y halló que el nylon era el mejor producto para aumentar las propiedades de resistencia a las ondas explosivas del hormigón. Esta tecnología fue patentada, con mezcla de hormigón resistente al impacto. Las fibras de nylon presentes en el hormigón sirven para reducir la fisuración por contracción plástica, deteniendo las microgrietas desde sus primeros comienzos. La fisuración plástica es provocada por el asentamiento y/o la contracción debida a la rápida evaporación del agua de exudación. (López, 2014)
Las fibras actúan para interceptar las microgrietas absorbiendo y dispersando la energía que sí se deja sin control, podría producir grietas más grandes. Esta interceptación de microgrietas se logra mediante la diseminación de millones de fibras individuales, que forman una red de refuerzo tridimensional. (López, 2014)
Las fibras de nylon contribuyen a controlar el agrietamiento, por asentamientos que a menudo se produce en el concreto recién colado. Las fibras contribuyen a reducir la segregación de los agregados y favorecen una mayor homogeneidad de la mezcla de concreto. El resultado final se traduce en un producto de concreto más duradero, de mayor integridad y una vida útil más larga. (López, 2014)
Las fibras de nylon son una alternativa a la tela o malla de alambre soldado, como armado secundario en el concreto. Con un tiempo de mezcla de tan sólo cuatro
minutos, el armado de fibras queda correctamente colocado en el concreto. Estas fibras contribuyen asimismo a aumentar la ductilidad, es decir, la capacidad de absorber energía, aumentado la resistencia al impacto. (López, 2014)
No sólo se necesitan más golpes para agrietar un panel de concreto armado con las fibras, sino que, más importante aún, se necesitan más golpes para que el concreto se desintegre completamente después de haberse agrietado. (López, 2014)
El uso de las fibras aumentará la durabilidad global del concreto. Con más de 34 millones de fibras por libra distribuidas por todas partes por yarda cúbica de concreto, son más que suficientes para evitar grietas. Dentro del estado plástico del concreto reforzado con fibra tuvo más flexibilidad dúctil, esto incrementa la resistencia al impacto, a la fatiga y a la resistencia térmica y abrasión. (López, 2014)
Se reduce el ancho y largo de las grietas, así como la pérdida de agua, menor permeabilidad y cambio de volumen, las fibras son no corrosivas y no mantienen humedad. También ha quedado demostrado que el concreto armado con fibras, es considerablemente menos permeable que el hormigón sin fibras. (López, 2014)
Esto se obtiene gracias a la reducción de grietas microscópicas y huecos que con frecuencia se forman durante la colada del concreto.
Propiedades de los hilos de fibra de nylon
Durante la fabricación de las fibras de nailon se someten a extorsión, texturizado e hilado en frio hasta alcanzar carca de 4 veces su longitud original, lo cual aumenta su cristalinidad y resistencia a la tracción. (Wikipedia, s.f.)
Los hilos de fibra de Nylon cuentan con ciertas propiedades que se adaptan al proceso de fabricación o producto de cada industria, entre éstas podemos encontrar:
Una resistencia, dureza, rigidez y tenacidad medias-elevadas.
Una elevada capacidad de amortiguación mecánica.
Buena resistencia a la fatiga.
Buenas propiedades de deslizamiento.
En la mayoría de los casos, elevada absorción de humedad.
En la mayoría de los casos, reducida estabilidad dimensional.
Resistencia química: Al contener alcoholes, cetonas e hidrocarburos aromáticos, el hilo de fibra de Nylon presenta muy buena resistencia química.
Tabla 2:
Resistencia química
compuesto valor
Alcoholes buena
Cetonas buena
Grasas y aceites Mala
Halógenos mala
hidrocarburos buena
Fuente: Wikipedia (s.f.)
Viscosidad: Su viscosidad de fundido es muy baja, lo cual puede acarrear dificultades en la transformación industrial, y su exposición a la intemperie puede causar una fragilización y un cambio de color salvo si hay estabilización o protección previa. (Wikipedia, s.f.)
Rigidez: Al Nylon se le puede agregar fibra de vidrio para proporcionar un incremento en la rigidez. (Wikipedia, s.f.)
Resistencia: Es un polímero cristalino ya que se le da un tiempo para que se organice y se enfríe lentamente, siendo por esto muy resistente.
Punto de fusión y solubilidad: El Nylon es soluble en fenol, crisol y ácido fórmico y su punto de fusión es de 263 °C. (Wikipedia, s.f.)
Según Hernán (2011):
Hilos de fibra de Nylon.
Hilos de fibra de Nylon en diversos calibres.
Hilos de fibra de Nylon en varios grosores.
Tabla 3:
Propiedades de la fibra de nylon.
Diámetro del filamento 23 micrones
Largo de la fibra variable
Gravedad específica 1,16
Esfuerzo a tensión 138 psi (896 Mpa)
Dureza 103 Mpa
Punto de derretimiento 435ºF 225ºC
Conteo de la fibra 34 millones /libra
Elongación máxima 20%
Absorción del agua 3%
Polaridad Anti-magnética
Orientación de la fibra Multidimensional Fuente: ficha técnica nycon-RC fibers.
Beneficio de las fibras de nylon:
Mejorar la cohesión de la mezcla en largas distancias.
Mejorar la resistencia de congelación y descongelación.
Mejorar la resistencia a la explosión explosiva en caso de incendio severo.
Mejorar la resistencia al impacto.
Incrementa la resistencia a la contracción plástica durante el curado Usos y aplicaciones de los hilos de fibra de Nylon
Según Hernán (2011) tejidos, Labores de punto, Ropa deportiva, Tejidos urdidos, Medias, Paraguas.
Tabla 4
Clasificación de la fibra de nylon de acuerdo a su uso.
clasificación de la fibra de nylon de acuerdo a su uso
Usos Números
Para Costura 50, 40, 30, 20, 10, 9 y 12
Para Artesanía 3, 4, 6, 9, 12, 18, 24 y 36
Para Pesca 6, 9, 12, 18, 24 y 36
Fuente: Quispe y Huamán (2017).
"Las fibras son elementos de corta longitud y pequeña sección que se incorporan a la masa del Concreto a fin de conferirle ciertas propiedades específicas. Como fines estructurales proporcionan una mayor energía de rotura pudiendo implicar la sustitución parcial o total de armadura en algunas aplicaciones; en el caso en que las fibras no tengan función estructural suponen una mejora ante determinadas propiedades como por ejemplo el control de fisuración por retracción, incremento de la resistencia al fuego, abrasión, impacto y otros.” (Mármol Salazar, 2010).
Tipos de fibras
De La Cruz Y Quispe, (2014)indican que las fibras son más que elementos de corta longitud y pequeña sección que se incorporan a la masa de concreto a fin de conferirle ciertas propiedades físicas Podemos observar en su clasificación de las fibras:
Estructurales: Aquellas que proporcionan una mayor energía de rotura al concreto en masa (en el caso de las fibras estructurales, la contribución de las mismas puede ser considerada en el cálculo de la respuesta de la selección de concreto). (De La Cruz Y Quispe, 2014).
No estructurales: aquellas que sin considerar en el cálculo esta energía, suponen una mejora ante determinadas propiedades como por ejemplo el control de la fisuración por retracción, incremento de la resistencia al fuego, abrasión, impacto y otros. (De La Cruz Y Quispe, 2014).
Existen diferentes tipos de fibras para el hormigón en función de la materia prima por lo cual ellas están producidas:
Metálicas: aceros de carbono y ligados, aluminio. Naturales: asbesto, celulosa, carbón
Sintéticas: nylon, polipropileno, poliacrilico, polivinil alcohol. Clasificación de las fibras en el concreto
Sika (2010) las fibras como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse según diferentes consideraciones, (ASTMC 1116, EN 14889. se clasificación, así:
a. Por material
Fibras metálicas, fibras vidrio, fibras naturales.
Fibras sintéticas: Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente dentro del concreto que pueden estar compuestas por Acrílico, Aramid, Carbón, Polipropileno, Poliestileno, Nylon, Poliester etc.
Operacionalización de las variables:
Variable dependiente: “resistencia del concreto a la compresión” Tabla 5: Variable dependiente VARIABLE DEFINICIÓN CONCEPTUAL DEFINICIÓN OPERACIONAL INDICADORES Resistencia a la compresión del concreto Es una medida de la resistencia a la compresión del concreto (hormigón).
Esfuerzo máximo que puede soportar una probeta de concreto bajo diferentes cargas, por ejemplo de 210 kg/cm2.
Kg/cm2
Variable independiente: “sustitución de la fibra de Nylon” Tabla 6 Variable independiente VARIABLE DEFINICIÓN CONCEPTUAL DEFINCIÓN OPERACIONAL INDICADORES Sustitución de la fibra de nylon
Es la fibra química textil sintética, obtenida a partir de derivados de productos petrolíferos y aceites
Sustitución de la fibra nylon por el agregado fino en el diseño de concreto f’c= 210 kg/cm2 Porcentaje = 3% y 7% (con una longitud de 4cm)
Fuente: elaboración propia
HIPÓTESIS
Cuando se sustituye al agregado fino a 3% y 7% por fibras de Nylon (longitud 4 cm) se lograría un concreto con una resistencia a la compresión mayor a un concreto convencional de calidad f´c=210kg/cm2.
OBJETIVOS Objetivo General
Determinar la resistencia a la compresión del concreto sustituyendo a 3% y 7% al agregado fino con fibras de Nylon con respecto a un concreto convencional de calidad f`c=210 kg/cm2.
Objetivos Específicos
Determinar las propiedades físicas del Nylon.
Determinar el pH de la fibra Nylon, arena fina, y la sustitución de la arena fina más 3% y 7% de la fibra Nylon.
Determinar la relación a/c del concreto patrón y experimental.
Determinar y comparar la resistencia a la compresión del concreto patrón y experimental a 7, 14 y 28 días.
II. METODOLOGÍA
Tipo y diseño de investigación Tipo de investigación
El tipo de investigación fue aplicada, explicativa Y de enfoque cuantitativo
“(Conjunto de procesos) es secuencial y probatorio. Cada etapa precede a la siguiente y no podemos eludir pasos. El orden es riguroso. Parte de una idea que va acotándose y una vez delimitada, se derivan objetivos y preguntas de investigación, se revisa la literatura y se construye un marco o una perspectiva teórica, de las preguntas se establecen hipótesis y determinan variables; se traza un plan para probarlas (diseño); se miden las variables en un determinado contexto; se analizan las mediciones obtenidas utilizando métodos estadísticos y una serie de conclusiones.”(Hernández Sampieri et al., 2014).
Diseño de investigación
El diseño la investigación fue experimental, siendo su diseño de investigación el siguiente:
Tabla 7
Diseño de bloque de probetas
DÍAS DE CURADO
Resistencia a la compresión del concreto f’c=210gk/cm2 sustituyendo el agregado fino en 3% y 7% con fibras de nylon
Patrón 3% 7%
7
14
28
Fuente: Elaboración propia
Población
Para esta investigación se tuvo como población de estudio al conjunto de probetas de diseño del concreto según el estándar de construcción establecido f’c= 210 kg/c .
Para la elaboración de las unidades de estudio de probetas se utilizó las siguientes referencias:
La piedra de 3/4 y arena para el diseño de probetas se compró en las canteras de Tacllan (Agregado Grueso) y (Agregado Fino).
El material fue llevado en sacos de polietileno al laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad San Pedro.
Cemento portland Tipo I marca “SOL”
La muestra estuvo constituido por 27 probetas de concreto con un diseño de f´c= 210kg/cm. 9 probetas patrón, 9 probetas para 3% y 9 probetas para 7 %.
Muestra
La muestra estuvo constituida por probetas de concreto con un diseño de f´c=210kg/cm2: 9 probetas patrón, 9 probetas experimentales (3% de sustitución), y 9 probetas experimentales (7% de sustitución).
Es decir que en el día 7 se sometieron a la prueba a compresión 9 probetas, a los 14 días fueron otras 9 probetas y por último a los 28 días se efectuó la prueba a la compresión a las probetas restantes que son 9.
Por lo tanto, la prueba de la resistencia a la compresión con probetas de concreto con fibras de Nylon constara de un universo muestral de 27 probetas en total, que se sometieron a la prueba antes mencionada.
Tabla 8
Técnicas de recolección de información
Técnicas de recolección de información INSTRUMENTO OBSERVACIÓN GUIA DE OBSERVACIÓN RESUMEN. PROTOCOLOS DEL
LABORATORIO DE LAS PRUEBAS REALIZADAS
(ver anexo) Fuente: Elaboración propia
Se aplicó como técnica la observación, como instrumento tenemos la Guía de observación, correspondiente a los siguientes ensayos:
Contenido de humedad grava y arena
Análisis granulométrico grava y arena
Peso específico grava y arena
Peso unitario suelto grava y arena
Peso unitario compactado grava y arena
Diseño de mezcla (comité de diseño 211 ACI)
Rotura de probetas (ver anexos) Procesamiento y análisis de la información
Ensayo de contenido de humedad a la fibra de Nylon 1.Se pesó la muestra para el ensayo
2.Luego la se colocó la muestra en el horno a una temperatura constante de 110 ° C durante 24 horas.
3.Finalmente se hizo registro del peso de la muestra más el recipiente después del secado en el horno.
Tabla 9
Contenido de humedad de la fibra de Nylon
Recipiente N° 40 10
Peso de recipiente + muestra húmeda 192.00 192.50 Peso de recipiente + muestra seca 190.90 191.30
Peso de recipiente (gr) 163.80 161.7
Peso de agua 1.10 1.2
Peso de suelo seco 27.10 29.60
Humedad (W%) 4.06 4.05
Humedad promedio 4.1%
Fuente: Elaboración propia
Ensayo de peso específico de la fibra de Nylon
1.Se pesó aproximadamente 30 gr de la muestra, luego se fueron introducidas a la fiola.
Tabla 10
Peso específico por desplazamiento de la fibra de Nylon
Peso específico de la fibra Nylon
a Peso de la muestra secado en el horno 30.1
b Volumen desplazado en cm3 23
Promedio 1.31
Fuente: Elaboración propia
Ensayo de porcentaje de absorción de la fibra de Nylon 1.Se sumergió la muestra en agua durante 24 horas.
2.Luego se colocó la muestra en el horno a una temperatura constante de 110 ° C durante 24 horas.
3.Finalmente se hizo registro del peso de la muestra más el recipiente después del secado en el horno.
Tabla 11
Porcentaje de absorción de la fibra de Nylon
A Peso mat. Sat. Sup. Seca (en aire) 31.90 26.20 F Peso de mat. Seco en estufa (105°C) 22.30 18.3
% de absorción ((A-F/F)*100 43.0 43.2
ABS.PROMEDIO (%) 43.1
Fuente: Elaboración propia
Ensayos de agregados (grueso y fino)
Ensayo de Contenido de Humedad (NTP 339.185, 2002): Procedimiento:
1. Seleccionamos una muestra del material.
2. Colocamos el agregado húmedo en las taras y las pesamos.
3. Se introdujo al horno durante 24 horas a una temperatura de 100°C.
4. se dejó enfriar la muestra de agregado a la temperatura ambiente luego se procedió a pesar la muestra más la tara.
Tabla 12
Ensayo contenido de humedad agregado fino
Recipiente N° 28 1
Peso de recipiente + suelo húmedo 971.40 998.80 Peso de recipiente + suelo seco 935.30 975.10
Peso de recipiente (gr) 158.30 161.20
Peso de agua 36.10 23.70
Peso de suelo seco 777.00 813.90
Humedad (W%) 4.65 2.91
Humedad promedio 3.8%
Fuente: elaboración propia-Laboratorio mecánica de suelos USP- Huaraz
Tabla 13
Ensayo contenido de humedad agregado grueso
Recipiente N° 4 27
Peso de recipiente + suelo húmedo 1,255.50 1,254.50 Peso de recipiente + suelo seco 1,249.00 1,248.00
Peso de recipiente (gr) 169.30 170.30
Peso de agua 6.50 6.50
Peso de suelo seco 1,079.70 1,077.70
Humedad (W%) 0.60 0.60
Humedad promedio 0.60%
Fuente: elaboración propia-Laboratorio mecánica de suelos USP- Huaraz
Ensayo granulométrico (NTP 400.012, 2001):
Procedimiento: A. Agregado Fino
1. Tomamos una muestra de agregado de la cantera seleccionada. Luego se procedió a secar las muestras a una temperatura de 110°C ± 5°C.
2. Se lavó el material, usando la malla N°200 con abundante agua, el material se pesó antes del lavado.
3. Luego se secaron las muestras a peso constante y una vez secada en el horno por 24 horas se pesa el material ya retirada del horno.
4. Luego introducimos el agregado en las mallas 3/8”, N°4, N°8, N°16, N°30, N°50, N°100, N°200, ordenadas de acuerdo a la norma NTP 400.012.
5. Se mueven los tamices de un lado para otro, para que sólo quede el material que en verdad es retenido.
6. Concluido el tamizado se pesa lo que ha sido retenido en cada malla.
7. Después de hallar el % retenido acumulado, % retenido parcial y el % que pasa se calculó el M.F.
∑
Tabla 14
Ensayo granulometría del agregado fino
TAMIZ ABERT P. RETEN. % RETEN. % RETEN. % QUE
N° (mm) (gr) PARCIAL ACUMUL. PASA
3" 75.000 0.00 0.00 0.00 100.00 2 1/2" 63.000 0.00 0.00 0.00 100.00 2" 50.000 0.00 0.00 0.00 100.00 1 1/2" 38.100 0.00 0.00 0.00 100.00 1" 25.000 0.00 0.00 0.00 100.00 3/4" 19.000 0.00 0.00 0.00 100.00 1/2" 12.500 0.00 0.00 0.00 100.00 3/8" 9.500 0.00 0.00 0.00 100.00 # 4 4.75 185.50 7.48 7.48 92.52 # 8 2.36 242.50 9.77 17.25 82.75 # 16 1.18 425.50 17.15 34.40 65.60 # 30 0.60 701.50 28.27 62.68 37.32 # 50 0.30 525.50 21.18 83.86 16.14 # 100 0.15 190.50 7.68 91.54 8.46 # 200 0.08 48.00 1.93 93.47 6.53 FONDO 162.00 6.53 100.00 0.00 TOTAL 2,481.00 100 Mf= 2.97
Figura 6: Análisis granulométrico del agregado fino
Fuente: elaboración propia-Laboratorio mecánica de suelos USP- Huaraz
B. Agregado grueso Procedimiento:
1.Tomamos una muestra de agregado fino de la cantera seleccionada. Luego se procedió a secar las muestras a una temperatura de 110°C ± 5°C.
2. Luego introducimos el agregado en las mallas 1”, ¾”, 1/2”, 3/8, N°4,
ordenadas de acuerdo a la norma NTP 400.012.
3. Se mueven los tamices de un lado para otro, para que sólo quede el material que en verdad es retenido.
4. Se continuó con el peso de cada material retenido en cada tamiz.
5. Luego se calcularon el porcentaje retenido, dividiendo el peso retenido parcial en cada malla entre peso de la muestra total.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000 % Q UE P A S A ABERTURA (mm) CURVA GRANULOMÉTRICA
Tabla 15
Ensayo granulometría del agregado grueso
TAMIZ ABERT P. RETEN. % RETEN. % RETEN. % QUE
N° (mm) (gr) PARCIAL ACUMUL. PASA
3" 75.000 0.00 0.00 0.00 2 1/2" 63.000 0.00 0.00 0.00 2" 50.000 0.00 0.00 0.00 1 1/2" 38.100 0.00 0.00 0.00 100.00 1" 25.000 0.00 0.00 0.00 100.00 3/4" 19.000 4,658.00 15.02 15.02 84.98 1/2" 12.500 13,080.00 42.19 57.21 42.79 3/8" 9.500 6,862.00 22.13 79.35 20.65 N° 4 4.750 4,474.00 14.43 93.78 6.22 N° 8 2,360 1,929.00 6.22 100.00 0.00 FONDO 0.00 0.00 100.00 0.00 TOTAL 31,003.00 100.00
Fuente: elaboración propia-Laboratorio mecánica de suelos USP- Huaraz
Figura 7: Análisis granulométrico del agregado grueso
Fuente: elaboración propia-Laboratorio mecánica de suelos USP- Huaraz
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000 % Q UE P A S A ABERTURA (mm) CURVA GRANULOMÉTRICA MF= 6,88
Ensayo de Peso Unitario (NTP 400.017, 1999): Procedimiento:
Peso Unitario Suelto para el Agregado Fino y Grueso 1. Se colocó el molde en un sitio nivelado.
2. Se llenó el molde hasta rebosar con la ayuda del cucharón metálico desde una altura que no exceda 5cm.
3. Luego se procede a enrazar con la regla de 30cm.
4. Pesamos el molde más el agregado y registramos el peso neto del material. 5. El procedimiento se realiza 3 veces para el agregado fino y agregado grueso. Peso Unitario Compactado para el Agregado Fino y Grueso
1. Se colocó el recipiente en un sitio nivelado.
2. Se llenó el recipiente en 3 capas con el cucharon metálico desde una altura que no exceda 5cm, luego compactamos con la varilla con 25 golpes a cada capa.
3. Luego se procede a enrazar con la regla de 30cm.
4. Pesamos el recipiente con el material y registramos el peso del material compactado más recipiente.
5. El procedimiento se realiza 3 veces para el agregado fino y agregado grueso y así obtener un promedio.
Calculo del peso volumétrico del material seco suelto:
Calculo del peso volumétrico del material seco compactado:
Tabla 16
Ensayo del peso unitario suelto y compactado del fino
Tipo de Peso Unitario
Peso Unitario Suelto Peso Unitario compactado
Ensayo N° 1 2 3 1 2 3
Peso de material + molde
7,728 7,750 7,753 8,203 8,226 8,212 Peso del molde 3,420 3,420 3,420 3,420 3,420 3,420 Peso de muestra 4,308 4,330 4,333 4,783 4,806 4,792 Volumen del molde 2,776 2,776 2,776 2,776 2,776 2,776 Peso unitario 1.552 1.560 1.561 1.723 1.731 1.726 peso unitario
promedio
1,558 1,727
Fuente: elaboración propia-Laboratorio mecánica de suelos USP- Huaraz
Tabla 17
Ensayo del peso unitario suelto y compactado del grueso
Tipo de Peso Unitario
Peso Unitario Suelto Peso Unitario Varillado
Ensayo N° 1 2 3 1 2 3
Peso de material + molde
18,793 18,767 18,778 19,383 19,417 19,410 Peso del molde 5,222 5,222 5,222 5,222 5,222 5,222 Peso del material 13,571 13,545 13,556 14,161 14,195 14,188 Volumen del molde 9,341 9,341 9,341 9,341 9,341 9,341 Peso unitario 1.453 1.450 1.451 1.516 1.520 1.519 peso unitario
promedio
1,451 1,518
Peso específico y absorción
Agregado fino (NTP 400.022, 2002). Procedimiento:
1. Seleccionamos la muestra de agregado fino, después se seca la muestra a una temperatura de 100°C.
2. Luego se dejó el agregado por 24 horas.
3. Después de las 24 horas se secó en una hornilla removiendo la muestra. 4. Realizamos un ensayo con el cono metálico y la varilla, llenamos en 3 capas
el agregado fino, golpeamos 25 veces con la varilla, luego retiramos el cono para comprobar si la muestra estaba en estado saturado superficialmente seco. 5. Pesamos 500gr de muestra para luego llenar a la fiola, se elimina el aire con la bomba de vacíos. Luego agitamos la fiola que contiene al agregado aproximadamente durante 20 minutos.
6.Colocamos el material que se encuentra en la fiola en una tara y lo colocamos en el horno durante 24 horas.
7.Luego de 24 horas sacamos el material seco y lo pesamos. Tabla 18
Ensayo del peso específico y absorción agregado fino
A Peso mat. Sat. Sup. Seca (en aire) 300.00 300.00
B peso frasco + agua 678.00 678.00
C Peso frasco + agua + peso mat. Sup seca (aire) 978.00 978.00 D Peso del material. + agua en el frasco 857.00 857.10 E vol. De masa + vol. De vacios 121.00 120.90 F Peso de mat. Seco en estufa (105°C) 296.40 296.60
G Vol. De masa 117.40 117.50
pe bulk (base seca) 2.45 2.45
pe bulk (saturada) 2.48 2.48
pe aparente (base seca ) 2.52 2.52
% de absorción
% pe Bulk ( base saturada)
1.21 2,48
1.15 ABS.PROMEDIO (%) 1.18 Fuente: elaboración propia-Laboratorio mecánica de suelos USP- Huaraz
